PEMBEBANAN PADA STRUKTUR JALAN REL H. HERDI YUDIRACHMAN, ST., MT
BEBAN DAN GAYA PADA REL Pembebanan dan pergerakan kereta api di atas struktur jalan rel menimbulkan berbagai gaya pada rel. Gaya-gaya tersebut diantaranya gaya vertikal, gaya transversal (lateral) dan gaya longitudinal.
Keterangan : Gaya vertikal :Q Gaya aya late latera rall : Y Gaya longit longitudinal udinal : T Gaya akibat perubaan suu (ter (terma mas suk gaya aya lon longi gitu tud dinal inal))
:!
BEBAN DAN GAYA PADA REL 1. Gaya ert!"a# Gaya ini adala beban yang paling dominan dalam struktur jalan rel. Gaya vertikal menyebabkan terjadinya de"eksi vertikal yang merupakan indikator terbaik untuk penentuan kualitas, kekuatan dan umur jalan rel. #e$ara global, besarnya gaya vertikal dipengarui ole pembebanan ole lokomoti%, kereta maupun gerbong a. Gaya &okomoti% (locomotive), 'enis lokomoti% akan menentukan jumla bogie dan gandar yang akan mempengarui berat beban gandar di atas rel yang diasilkannya. b. Gaya ereta (car, coach), arakteristik beban kereta dipengarui ole jumla bogie dan gander yang digunakan. #elain itu, %aktor kenyamanan penumpang dan ke$epatan (%aktor dinamis) mempengarui beban yang diasilkan. $. Gaya Gerbong (wagon), Prinsip pembebanan pada gerbong adala sama dengan
BEBAN DAN GAYA PADA REL
Peritungan gaya vertikal yang diasilkan beban gandar ole lokomoti%, kereta dan gerbong merupakan beban statik, sedangkan pada kenyataannya, beban yang terjadi pada struktur jalan rel merupakan beban dinamis yang dipengarui ole %aktor aerodinamik (ambatan udara dan beban angin), kondisi geometrik dan ke$epatan pergerakan rangkaian kereta api. *le karena itu, diperlukan trans%ormasi gaya statik ke gaya dinamik untuk meren$anakan beban yang lebi realistis. Persamaan T+&*T (/) memberikan trans%ormasi gaya berupa pengkali %aktor dinamis
BEBAN DAN GAYA PADA REL $. Gaya Tran%&er%a# 'Latera#( Gaya ini terjadi akibat adanya gaya sentri%ugal (ketika rangkaian kereta api berada di lengkung ori0ontal), gerakan ular rangkaian (snake motion) dan ketidakrataan geomtrik jalan rel yang bekerja pada titik yang sama dengan gaya vertikal. Gaya ini dapat menyebabkan ter$abutnya penambat akibat gaya angkat (uplift force), pergeseran pelat andas dan memungkinkan terjadinya derailment (anjlog atau keluarnya roda kereta dari rel). #yarat pembatasan besarnya gaya lateral supaya tidak terjadi anjlog adala :
#12+3+ #1+T4# G+Y+ &+T13+&
BEBAN DAN GAYA PADA REL
). Gaya Tran%&er%a# 'Latera#( Gaya longitudinal dapat diakibatkan ole perubaan suu pada rel (thermal stress) Gaya ini sangat penting di dalam analisis gaya terutama untuk konstruksi + yang menggunakan rel panjang ( long welded rails). Gaya longitudinal juga merupakan gaya adesi (akibat gesekan roda dan kepala rel) dan gaya akibat pengereman roda teradap rel.
P*LA DISTRIBUSI GAYA PADA STRUKTUR JALAN REL . eban dinamik diantara interaksi roda kereta api dan rel merupakan %ungsi dari karakteristik jalur, kendaraan dan kereta, kondisi operasi dan lingkungan. Gaya yang dibebankan pada jalur ole pergerakan kereta api merupakan kombinasi beban statik dan komponen dinamik yang diberikan kepada beban statik. eban dinamik diterima ole rel dimana terjadi tegangan kontak diantara kepala rel dan roda, ole sebab itu, sangat berpengaru dalam pemilian mutu baja rel. 5. eban ini selanjutnya didistribusikan dari dasar rel ke bantalan dengan perantara pelat andas ataupun alas karet. 6. eban vertikal dari bantalan akan didistribusikan ke lapisan balas dan subbalas menjadi lebi ke$il dan melebar. Pola distribusi beban yang melebar dan mengasilkan tekanan yang lebi ke$il yang dapat diterima ole lapisan tana dasar. Prinsip pola distribusi gaya pada struktur rel bertujuan untuk mengasilkan reduksi tekanan kontak yang terjadi diantara rel dan
P*LA DISTRIBUSI GAYA PADA STRUKTUR JALAN REL
K*NSEP PERHITUNGAN BEBAN MENGGUNAKAN TE*RI BAL*K DI ATAS TUMPUAN ELASTIK
. Teori Beam on Elastik oundation (BE) atau Balok di atas !umpuan Elastik, dikembangkan pertama kali ole ;inkler pada taun /8< untuk peritungan tegangang komponen jalan rel. 5. 3el didisain menggunakan konsep =beam"on"elastic" foundation model# dengan mengasumsikan ba>a setiap rel akan berperilaku sebagi balok menerus yang diletakkan di atas tumpuan elastik. 6. odulus %ondasi jalan rel (sebagai tumpuan), k, dide?nisikan sebagai gaya tumpuan per unit panjang rel per unit de"eksi rel.n odulus %ondasi jalan rel disini termasuk juga pengaru penambat, bantalan, balas,
K*NSEP PERHITUNGAN BEBAN MENGGUNAKAN TE*RI BAL*K DI ATAS TUMPUAN ELASTIK
K*NSEP PERHITUNGAN BEBAN MENGGUNAKAN TE*RI BAL*K DI ATAS TUMPUAN ELASTIK Penyelesaian persamaan di%erensial tersebut untuk de"eksi rel, y(@) pada setiap jarak @ sepanjang rel akibat dari pembebanan titik terpusat P, adala :
emiringan (slope), momen (bending moment), dan gaya geser (shear force) pada setiap titik di sepanjang rel akibat beban titik terpusat P diberikan sebagai :
K*NSEP PERHITUNGAN BEBAN MENGGUNAKAN TE*RI BAL*K DI ATAS TUMPUAN ELASTIK !ilai maksimum de"eksi, momen dan gaya geser terletak tepat di ba>a beban terpusat P, jika nilai trigonometri persamaan A.< bernilai
Biagram de"eksi (), kemiringan (2), momen (B) dan gaya geser (Q) pada rel (+) akibat beban titik P
K*NSEP PERHITUNGAN BEBAN MENGGUNAKAN TE*RI BAL*K DI ATAS TUMPUAN ELASTIK !ilai maksimum de"eksi, momen dan gaya geser pada setiap titik di sepanjang rel akibat gaya titik terpusat P dapat dituliskan sebagai :
Bistribusi beban pada batas atas rel (Q) yang selenjutnya menjadi beban merata dasar rel yang membebani struktur bantalan dapat diitung sebagai :
K*NSEP PERHITUNGAN BEBAN MENGGUNAKAN TE*RI BAL*K DI ATAS TUMPUAN ELASTIK
Tekanan balas (Pb) pada luas tekanan bantalan (+b) dapat diestimasi sebagai :
Cntuk mempermuda peritungan pada konstruksi bantalan, analisis pembebanan dapat disubstitusikan sebagai %ungsi beban dinamik, jarak bantalan dan %ungsi sumbu D (jarak ori0ontal sepanjang rel).
K*NSEP PERHITUNGAN BEBAN MENGGUNAKAN TE*RI BAL*K DI ATAS TUMPUAN ELASTIK
K*NSEP PERHITUNGAN BEBAN MENGGUNAKAN TE*RI BAL*K DI ATAS TUMPUAN ELASTIK
K*NSEP PERHITUNGAN BEBAN MENGGUNAKAN TE*RI BAL*K DI ATAS TUMPUAN ELASTIK Persamaan A. dapat disubstitusikan pada kondisi momen maksimum (persamaan A./), maka :
2*!T*E #*+& Eitungla komponen tegangan pada rel untuk elas 'alan 4 dengan ke$epatan ren$ana F9 mjam. eban gandar kereta api sebesar / ton dan modulus kekakuan () jalan rel diperitungkan sebagai /9 kg$m5. Eitungla momen maksimum yang terjadi pada rel apabila digunakan tipe rel FA dengan 1 5 H 98 kg$m5 dan momen inersia 56A8 $mA.
2*!T*E #*+&
2*!T*E #*+& 5 erapaka deleksi yang timbul pada jarak 6 meter dari titik beban roda pada $onto soal . Be"eksi pada jarak 6 meter 699 $m dari titik de%elksi maksimum di ba>a roda.
#*+& 6
3en$anakan momen maksimum yang terjadi untuk kelas jalan 444 dengan beban gander kereta api 5 ton dan nilai modulus kekakuan rel /9 kg$m5. 'ika digunakan rel tipe 3F9 dengan modulus elastik 5. H 98 kg$m5 dan momen inersia 89 $mA.
T+1& T1G+!G+! 4'4! P3*I4& 31& 13B+#+3+! 1&+# '+&+! B4 4!B*!1#4+
